Như đã biết, CO2 là một loại khí nhà kính gây ra hiện tượng nóng lên toàn cầu và biến đổi khí hậu. Do đó, các Cơ quan môi trường trên thế giới ngày càng yêu cầu việc kết hợp các công nghệ thu giữ carbon vào quy trình công nghiệp nhằm hỗ trợ giảm thiểu lượng khí thải CO2 vào khí quyển.
CCS (carbon capture and storage) - thu giữ và lưu trữ carbon không còn là khái niệm xa lạ với nhiều người. Đây là một trong số ít công nghệ có khả năng loại bỏ hoàn toàn khí carbon dioxit (CO2) trong khí thải từ hoạt động của nhà máy nhiệt điện than, xi măng, thép, khí đốt, hydro, amoniac,… và góp phần làm giảm phát thải khí nhà kính từ nhiều ngành công nghiệp.
Công nghệ thu giữ carbon là gì?
Công nghệ thu giữ carbon nhằm mục đích giảm thiểu đáng kể lượng khí thải carbon dioxide. Hiện nay, công nghệ này đặc biệt cần thiết cho quá trình chuyển đổi từ sử dụng nguyên liệu hóa thạch sang kỷ nguyên năng lượng bền vững đổi mới.
Thu giữ carbon là một phần của công nghệ thu hồi, sử dụng và lưu trữ carbon CCUS lớn hơn, bao gồm:
- Thu giữ CO2 tại các nguồn cố định lớn (nhà máy nhiệt điện than)
- Sử dụng CO2 thu được trong các ứng dụng thu hồi dầu trong sản xuất hydrocarbon
- Nguyên liệu cho hóa dầu
- Vận chuyển CO2 thu được đến nơi lưu trữ
- Lưu trữ vĩnh viễn CO2 tại nơi lưu trữ bằng cách phun
Ý nghĩa của công nghệ CCS
- Đóng vai trò quan rất quan trọng trong việc giảm tác động của khí nhà kính đến quá trình biến đổi khí hậu trên Trái Đất.
- Có khả năng thu hồi đến 90% lượng khí thải tại các nhà máy nhiệt điện và nhà máy sản xuất công nghiệp.
- Đối với các ngành công nghiệp sử dụng nhiều năng lượng, CCS là yếu tố đặc biệt quan trọng trong các mục tiêu phát thải thấp hơn. Việc trang bị thêm CCS cho các nhà máy là giải pháp tối ưu hơn soi với việc chuyển đổi hoàn toàn sang năng lượng tái tạo.
- Các mỏ dầu khí đã hết hạn khai thác có tiềm năng có thể lưu trữ khí thải CO2 và tăng hiệu quả sử dụng năng lượng. Thu hồi và lưu trữ carbon vào các mỏ dầu khí đã hết tuổi đời khai thác là một hướng đi quan trọng trong việc thực hiện các mục tiêu giảm biến đổi khí hậu.
Công nghệ thu giữ carbon trước khi đốt và sau đốt: Sự khác biệt là gì?
Hiện nay, hai công nghệ thu giữ carbon chính gồm: thu hồi carbon trước khi đốt và sau đốt, mỗi công nghệ sẽ có những ưu và nhược điểm riêng.
Thu giữ carbon trước khi đốt là gì?
Đây là công nghệ cho phép loại bỏ CO2 khỏi hỗn hợp khí trước khi quá trình đốt cháy diễn ra. Các nhà vận hành thường áp dụng phương pháp thu hồi carbon này trong các nhà máy điện ứng dụng chu trình hỗn hợp khí hóa tích hợp (IGCC).
Nguyên lý làm việc bao gồm oxy hóa một phần than trong oxy/không khí và hơi nước dưới nhiệt độ và áp suất cao để tạo ra khí tổng hợp. Là hỗn hợp của carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2), hydro và các phần nhỏ hơn của các thành phần khí khác, chẳng hạn như metan (CH4). Khí tổng hợp có thể trải qua phản ứng dịch chuyển khí-nước để tạo ra hỗn hợp khí một cách đáng kể gồm H2 và CO2. Nồng độ CO2 trong hỗn hợp này dao động từ 15% - 50%. Người vận hành thu giữ, vận chuyển và cô lập CO2 trong hỗn hợp, để lại nguyên liệu giàu H2 cho quá trình đốt cháy.
Lợi ích và hạn chế của công nghệ thu giữ CO2 trước khi đốt
Những lợi ích chính của công nghệ này gồm:
- Hiệu suất cao và loại bỏ carbon tương đối dễ dàng hơn khỏi nhiên liệu hóa thạch.
- Nồng độ CO2 cao trong khí tổng hợp giúp tăng cường đáng kể hiệu quả hấp phụ, dẫn đến hình thành loại nhiên liệu ít gây hại cho môi trường.
- Được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi và phát triển một cách đầy đủ vào mục đích thương mại hóa trên diện rộng.
- Có thể dễ dàng trang bị thêm công nghệ cho các nhà máy hiện có, giảm đáng kể chi phí vận hành.
Bên cạnh ưu điểm, công nghệ này vẫn tồn tại một số nhược điểm như:
- Tổng chi phí vốn của quá trình khí hóa cơ bản vượt xa các nhà máy điện than thông thường. Chi phí cho các quá trình hấp phụ cần thiết để thu giữ CO2 do nhà máy điện IGCC tạo ra lên đến 60USD/tấn.
- Số lượng nhà máy IGCC còn hạn chế.
- Các vấn đề phân hủy nhiên liệu giàu hydro và các thách thức về truyền nhiệt.
Thu giữ carbon sau đốt cháy là gì?
Thu hồi sau đốt sẽ loại bỏ CO2 khỏi dòng khí thải sau khi đốt ở áp suất thấp. Công nghệ này là lựa chọn được ưa chuộng rộng rãi để trang bị thêm cho các nhà máy điện hiện có và đã được chứng minh khả năng thu giữ CO2 lên tới 800 tấn/ngày.
Lợi ích và hạn chế của công nghệ thu giữ CO2 sau đốt cháy
- Nếu so với các giải pháp thu giữ carbon khác hiện nay thì công nghệ thu giữ sau đốt có lợi thế hơn về sự trưởng thành của nó. Trước Thế chiến thứ hai, đây được xem là công nghệ phát triển nhất trong số các công nghệ thu giữ carbon.
- Bên cạnh đó, công nghệ này cũng dễ dàng trang bị thêm vào các nhà máy hiện có hoặc xây dựng mới.
Dù vậy, thu giữ carbon sau đốt vẫn còn tồn tại nhiều mặt hạn chế. Một nhược điểm lớn của công nghệ này là hiệu suất thu giữ carbon thấp do nồng độ CO2 trong khí thải thấp. Hơn nữa, công nghệ này có liên quan với tải trọng lớn và chi phí sản xuất điện cao.
Cụ thể, thu giữ carbon sau đốt làm tăng đáng kể chi phí năng lượng cũng như chi phí vận chuyển và lưu trữ do nồng độ CO2 trong khí thải thấp, dao động từ 7-14% ở các nhà máy đốt lạnh và dưới 4% ở các nhà máy đốt khí. Hơn nữa, công nghệ này có chi phí sản xuất năng lượng điện ước tính cao hơn 70% do kém hiệu quả. Tuy nhiên, nhiều nhà đầu tư vấn đang triển khai công nghệ thu giữ carbon này trong các nhà máy điện của họ.
Kết luận
Đại dương có thể lưu giữ tới 90% lượng carbon thải vào bầu khí quyển từ hoạt động của con người. Tuy nhiên, phải mất hàng nghìn năm CO2 mới được chuyển hóa thành axit carbonic khi hòa tan vào nước biển.
Cùng với đó, mối lo ngại khác lớn hơn là khả năng hấp thụ CO2 của đại dương trong tương lai có thể giảm đi bởi tầng nước mặt của các đại dương ngày càng bị axit hóa do lượng CO2 từ bầu khí quyển xâm nhập ngày càng tăng. Do vậy, các công nghệ CCS sẽ là yếu tố then chốt giữ vai trò quan trọng trong việc loại bỏ khí CO2 ra khỏi bầu khí quyển, giảm thiểu biến đổi khí hậu toàn cầu.
Hãy theo dõi KPTCHEM để cập nhật bài viết mới nhất liên quan đến công nghệ xử lý khí thải.
